Apostila Eletronica Industrial 732xs

Eletrônica Industrial Professor: José Carlos Armelin 2014

Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial Conteúdo Professor José Carlos Armelin ................................................................................................. 4 Componente Curricular ................................................................................................................. 5 José Carlos Armelin ................................................................................................................... 5 Primeiras Falas ........................................................................................................................... 9 Estação tratamento de água................................................................................................... 10 Conteúdo anual: .......................................................................................................................... 11 Distribuição da energia elétrica em rede pública ....................................................................... 15 Laboratório Industrial.................................................................................................................. 16 Transformador Trifásico ............................................................................................................. 17 Potencia resistiva sistema trifásico ............................................................................................. 19 Exercício de Transformador e Potencia: ..................................................................................... 20 Eletrônica de Potência ................................................................................................................ 21 Diodo Retificador em retificadores trifásicos não Controlados .............................................. 21 Retificador ½ onda trifásico não controlado ........................................................................... 21 Retificador onda completa trifásico não controlado .............................................................. 22 Prática retificador trifásico não controlado ½ onda. .............................................................. 23 ................................................................................................................................................. 25 ................................................................................................................................................. 25 Conclusão final ..................................................................................................................... 27 SCR ou Tiristor ............................................................................................................................. 28 Tiristor SCR aplicado a retificadores trifásicos controlados: ................................................... 28 Pratica retificador controlado ½ onda................................................................................ 29 Transistor de Potência............................................................................................................. 31 “Chaveamento” Transistor de Potência em CC................................................................... 31 “Chaveamento”Transistor de Potência Mos em CC............................................................ 31 Transistor Mos Fet canal N e canal P “utilização” VCC ....................................................... 31 PWM – Modulação de largura de fase ................................................................................... 32 Amplificador Operacional ........................................................................................................... 33 Configurações AMP OP ........................................................................................................... 33 Exercícios Comparador............................................................................................................ 34 Exercício Amplificador inversor............................................................................................... 35 Exercício amplificador Não Inversor ....................................................................................... 36 Acoplador Optico ........................................................................................................................ 37 Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial Exercício acoplador óptico ...................................................................................................... 37 Atividade prática Dimmer ........................................................................................................ 38 Motores: ..................................................................................................................................... 39 Motores Elétricos Trifásicos rotor esquilo:........................................................................ 40 Placa do motor: ..................................................................................................................... 41 Corrente nominal do motor ................................................................................................. 41 Corrente de partida .............................................................................................................. 42 Inversor de Frequencia ............................................................................................................ 43 IGBT ....................................................................................................................................... 44 Senoide do Inversor ............................................................................................................. 44 Inversor de Frequencia - CFW10....................................................................................... 45 Características .................................................................................................................. 45 Diagramação interna CFW 10 WEG ............................................................................. 46 Conexões de Potência CFW 10 ..................................................................................... 47 Conexões de Controle CFW 10 ..................................................................................... 47 Programação CFW 10 ..................................................................................................... 48 Monitoramento após partida do Motor ......................................................................... 48 Lista de Parâmetros para Programação CFW-10 ........................................................... 50 Fontes Chaveadas ................................................................................................................... 55 Fontes chaveadas comparada com fonte linear.............................................................. 57 Baterias Químicas .................................................................................................................... 59 Veículo Elétrico ......................................................................................................................... 65 Energia Renovável ................................................................................................................... 74


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Eletrônica Industrial Professor José Carlos Armelin

Formação Profissional: • • •

Engenheiro Eletricista ; Técnico em Eletrônica; Mecânico Geral;

Experiência Profissional: • • • • • • • •

Professor no Dom Bosco (4 anos); Professor no Senai (7 anos); Modelamento e projetos de veículos com tração elétrica (8 anos); Geração de energia elétrica (6 anos); Telecomunicações através de par físico (15 anos). Banda CO2 Zero (6 anos); Energia renovável “Pedal Sustentável” (6 anos); Mobilidade Urbana Bike Anjo e Pedala SBO (1 ano);


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Eletrônica Industrial Componente Curricular CURSO:

Mecatrônica

NÍVEL: Técnico CARGA HORÁRIA

COMPONENTE CURRICULAR:

Eletrônica Industrial

SEMANAL (h.a): 2 MÓDULO:

Módulo:

2º

40 semanas

PROFESSOR:

ANO:

2014

José Carlos Armelin OBJETIVOS DA DISCIPLINA Desenvolver projetos voltados à Eletrônica Industrial, utilizando redes elétricas trifásica, diodos, SCRs, IGBTS, Inversor de Frequência, Motores Trifásico Brushless, fontes chaveadas, conceituando Eficiência Energética e Energia Renovável. BIBLIOGRAFIA Livros:       Outros:   

Eletrônica Industrial Teoria e Aplicações Lyril W Lander 621.38152 Eletrônica Industrial José Luiz Antunes de Almeida 621.381 Eletrônica de Potência Ashfaq Ahmed 621.317 Eletrônica de Potência Ivo Barbi 621.317 Circuitos em CA Romulo Oliveira Albuquerque 621.31913 Eletrônica VII Malvino, Albert Paul 621.381 Revistas especializadas em eletrônica de potência Catálogos de Componentes eletrônicos; Manuais de equipamentos. METODOLOGIA DE TRABALHO

O trabalho se desenvolve em sala de aula, com exposições, explanações e orientações no desenvolvimento de projetos, além de aulas práticas realizadas em laboratórios com auxilio de bancadas de testes específicas, kits didáticos e instrumentos. FORMAS DE AVALIAÇÃO     

Avaliação escrita; Relatórios sobre projetos desenvolvidos em sala; Testes práticos realizados em aula; Analise de funcionamento; Organização dos projetos apresentados;

1º SEMESTRE - CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

CONTRIBUI NA FORMAÇÃO COMPETÊNCIA NÚMERO

Circuitos Trifásicos  Sistema monofásico, Sistemas trifásicos equilibrados  Transformações ∆-∆, Y-Y, ∆-Y e Y-∆, Aplicações práticas  Potências em circuitos trifásicos , resistiva e indutiva  Potência ativa, reativa e aparente, Fator de potência

1, 2, 3, 7, 8, 12, 20, 21

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA  Introdução, Análise de Circuitos.

1, 2, 3, 7, 8,


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DA

Eletrônica Industrial Chaves Semicondutoras de Potência (Transistor) Controle e disparo (Amplificador Operacional e acoplador óptico)  Aplicações da Eletrônica de Potência (carregador de bateria construído pelos alunos). 2º SEMESTRE - CONTEÚDO PROGRAMÁTICO DISPOSITIVOS TIRISTORES  Introdução, O Retificador Controlado de Silício (SCR);  Curvas Características de um SCR, Teste dos SCRs;  Valores Nominais dos SCRs,  Circuitos de Acionamentos de Porta do SCR;  Dimmer confeccionado pelos alunos / monitorar com osciloscópio;  

Contribuem na formação das competências

1, 2, 3, 7,8, 10,13, 20, 21

RETIFICADORE MONOFÁSICOS CONTROLADOS  Introdução;  Retificadores Controlados de Meia Onda;  Retificadores Controlados de Onda Completa com Terminal Central;  Retificadores Controlados de Onda Completa em Ponte;  Retificadores Semicontrolados em Ponte;

1, 2, 3, 7, 8, 10,13

RETIFICADORES TRIFÁSICOS CONTROLADOS  Introdução;  Retificadores Controlados de Meia Onda (Três Pulsos);  Retificador Controlado de Onda Completa em Ponte (Seis Pulsos);  Retificadores Semicondutores de Onda Completa em Ponte com Diodo de Retorno;  Conversores / Alternador automotivo;

1, 2, 3, 7, 8, 10,13

INVERSORES de FREQUENCIA  Introdução;  O Inversor Básico;  Inversores de Fonte de Tensão (VSIs);  Técnicas de Controle para Inversores de Tensão;  Modulação por Largura de Pulso (PWM);  Inversores Modulados por Largura de Pulso (PWM);  Outros Tipos Básicos de Inversores Monofásicos;  Princípio Básico do Inversor Trifásico VSI em Ponte; Inversor de Fonte Ideal de Corrente (CSI);

1, 2, 3, 7,8, 10,11, 13, 19, 20

8 e 11 Módulos IGBT Introdução; Características e aplicação 8 e 11 Fontes Chaveadas  Introdução, aplicação, características e eficiência. Veículos Elétricos  acumuladores de energia;  motor HUB;  Controle de potência;  Regeneração de energia.

11, 13

11 e 13

Fontes de Energias Renováveis  Biomassa;Solar;Eólica;  Correntes de Mares e ondas;  Muscular.


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Eletrônica Industrial Sem. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.

CRONOGRAMA Resumo do Conteúdo Apresentação do professor; aplicações a Eletrônica de potência; vistas para Mostec 24-01 B ; Sistema trifásico; ∆-∆, Y-Y, ∆-Y e Y-∆, 27-01 2AC e 2B 31/01 Sistema trifásico ; ∆-∆, Y-Y, ∆-Y e Y-∆,03-02 2AC e 2B 07-02 Ligação de Transformador trifásico – Prática ½ sala de aula 10-02 2AC e 14/02 2B Ligação de transformador trifásico – Prática ½ sala de aula 17-02 2AC e 21/02 2B potência resistiva em circuito trifásico 24-02 2AC e 28/02 2B Adianta matéria para multi no 2B dia 07-03 retificadores monofásico e trifásico Prova 1I2S 10-03 2AC e 2B Fim 1I1S e início para Multi Correção de Prova 17-03 2AC e 21/03 2B começa retificador mono e trif retificadores monofásico e trifásico 31-03 2AC Prática ret trifásico meia onda e completa ½ sala nota 04-04 2B e 07-04 2AC Prática ret trifásico meia onda e completa ½ sala nota 11-04 2B e 14-04 2AC Ocorre a MULTI em data fora de minha aula até retificador trifásico Início 2I1S Circuito retificador controlado SCR 2B 25-04 e 2AC 28-04 prática ret trifásico meia onda SCR ½ sala 05-05 2AC e 09-05 2B Continua prática ret trifásico meia onda SCR ½ sala 12-05 2AC e 16-05 2C Eletrônica de Potência e Transistor Potência NPN e PNP 19-05 2AC e 23-05 2B Revisão para prova 26-05 2AC e 30-05 2B Prova 2I1S ; 02-06 2ABC Correção da prova; 09-06 2AC turma 2B não ocorre Aula de recuperação 16-06 2ABC Prova de recuperação 2ABC 27-06 Divulgação de resultados 2ABC 30-06 Férias; 04-07 Férias;07 e 11 de julho Férias;14 e 18 de julho Férias;21 e 25 de julho Férias;28 de julho Planejamento 2 sementre 31-07 e 01-08 quinta e sexta feira apresentando dimer para nota até 6/9; acoplador óptico 4-8 2AC e 8-8 2B Transistor MOS canal P e N, circuitos PWM 11-08 2AC e 15-8 2B. Amp Op + PTC + transistor aplicado em controle temp de forno 18-8 2AC e 22-8 2B Motores trifásico, suas especificações e fechamentos 25-08 2AC e 29-8 2B Prova 1I2S 2ABC 01-09 Correção da prova 08-09 2AC e 12-9 2B Motor trifásico / Inversor de Frequência 15-09 2AC e 19-9 2B Prática inversor de frequência ½ sala 22-09 2AC e 26-9 2B Prática inversor de frequência; ½ sala 29-09 2AC e 03-10 2B Fontes Chaveadas 06-10 2AC e 10-10 2B Topologias de inversores de freqüência; motor brushless (rotor com imã), motor HUB (estator com imã) veículos elétricos 13-10 2AC e 17-10 2B Preparação Mostec 20-10 2AC e 24-10 2B Preparação Mostec 27-10 2AC e 31-10 2B Preparação Mostec 03-11 2AC e 07-11 2B Preparação Mostec 10-11 2AC Mostec 2ABC 14-11 Semana de Mult 2ABC 17-11 Energia renovável Solar, Eólica e das marés 21-11 2B Conselho de classe 2ABC 24-11 Recuperação 2ABC 29-11


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Eletrônica Industrial 32. 33. 34. 46.

Prova recuperação 2ABC 08-12 Conselho de classe 9-12 Formatura 12-12 Início do Recesso 13-12

Competências elencadas no Plano de Curso Gerais Coordenar e desenvolver equipes de trabalho que atuam na instalação, na produção e na manutenção, aplicando métodos e técnicas de gestão istrativa e de pessoas Aplicar normas técnicas de saúde e segurança no trabalho e de controle de qualidade no processo industrial

Número associado 1 2

Aplicar normas técnicas e especificações de catálogos, manuais e tabelas em projetos, em processos de fabricação, na instalação de máquinas e de equipamentos e na manutenção industrial

3

Elaborar projetos, leiautes, diagramas e esquemas, correlacionando-os com as normas técnicas e com os princípios científicos e tecnológicos

7

Aplicar técnicas de medição e ensaios visando a melhoria de qualidade de produtos e serviços na planta industrial

8

Avaliar as características e propriedades dos materiais, insumos e elementos de máquinas, correlacionando-as com seus fundamentos matemáticos, físicos e químicos para a aplicação nos processos de controle de qualidade

9

Desenvolver projetos de manutenção de instalações e de sistemas industriais, caracterizando e determinando aplicações de materiais, órios, dispositivos, instrumentos, equipamentos e máquinas

10

Projetar melhorias nos sistemas convencionais de produção, instalação e manutenção, propondo incorporação de novas tecnologias

11

Identificar os elementos de conversão, transformação, transporte e distribuição de energia, aplicando-os nos trabalhos de implantação e manutenção do processo produtivo

12

Coordenar atividades de utilização e conservação de energia, propondo a racionalização de uso e de fontes alternativas

13

Específicas Aplicar conhecimentos de eletrônica analógica e digital no dimensionamento de equipamentos eletrônicos voltados à automação industrial

19

Dimensionar equipamentos de teste e medição

20

Aplicar técnicas de manutenção preventiva e corretiva em equipamentos industriais

21

Desenvolver projetos integrando conhecimentos nas áreas de eletrônica analógica e digital, mecânica e programação voltados à automação industrial

22


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Eletrônica Industrial Primeiras Falas Nome: Armelin (aos 10 anos idade iniciei trajetória com eletricidade) Formação: Engenheiro Eletricista, Técnico em Eletrônica, Mecânico Geral... Skill: Motores Elétricos, Eficiência Energética, Veículos elétricos, fontes de energia, áudio, acoplamento mecânico elétrico, geração energia elétrica... Trabalho: 16 anos Promon, 7 anos SENAI, 1 ano Dom Bosco, 3 anos Co2 Zero. 3° setor: Educação ambiental (5 anos). Valores: Deus, família, amigos, trabalho, viver de bem com o meio ambiente e comunidade... Matéria: Eletrônica Industrial (1 aula/semana, 4 aulas prova, 16 aulas/semestre) “Estabelecer controle da rede de energia elétrica trifásica, sobre os consumidores denominados de motores e resitores, através de componentes ou módulos eletrônico específicos” ( elevadores, forno padaria elétrico, DAE). Diferença entre eletricidade e eletrônica ?

I=?

24 Ω

12 V

I=?

24 Ω

12 V


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Eletrônica Industrial Estação tratamento de água


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Eletrônica Industrial Pré requisitos: Lei de ohm (V=R.I); Potencia (P=V.I); Retificadores Monofásico; Transformadores; matemática (equação 1° grau, regra de três, trigonometria modo DEG e RAD); uso calculadora; transistor; multímetro, osciloscópio, RPM, Torque, acoplador óptico, rele...

Aulas: 20% em sala, 40% em laboratório e 60% em sua casa. Regras em sala: permissão para adentrar fora de horário; Silêncio; celular vibra call; sinais água e banheiro; perguntas dentro do contexto a qualquer momento, desligar luzes e ventilador quando sair por ultimo, abortar gírias e privilegiar tratativa técnica, respeito profissional ao colega, sala=empresa, perguntas fora do contexto no intervalo. Regras em Laboratório: todas da sala; vetado uso de adornos que conduzem eletricidade (NR-10); arrumar sua bancada até no máximo fim de aula. Material: Caderno anotações e calc. Cient. (multímetro, alicates, ferro de solda) Provas: 1I1S 100%, 2I1S 80%, 1I2S 80%, 2I2S Mostec. Atividades práticas grupo e individual:  2I1S Prática com retificador trifásico SCR . (25/04 à 09/05).  1I2S Dimer usando ponte retificadora e SCR TIC 106 ( até 01/09) - individual. Mostec: focalizem projetos de interesse pessoal ou de uso imediato em seu trabalho; lance olhares para terceira idade, copa do mundo, olimpíada, lixo, plantio de árvores, eficiência energética, tratamento água e esgoto, energias renováveis e .... Normalmente um projeto requer 1000 horas homem, se sua equipe é formada por quatro pessoas, cada um terá que trabalhar 250horas. Lembre-se: “Em sala de aula sou o professor e vocês são alunos, fora daqui somos pessoas comuns”

Aula em laboratório: Com base na NR-10, as aulas em Laboratório de Eletrônica Industrial decorrerão com uso de energia elétrica direto da rede, 127V ou 220V, sendo necessário que mãos, dedos, punhos, pescoço sejam desprovidos de condutores elétricos como anéis, alianças, correntes, relógio caixa e ou pulseira de metal.

Conteúdo anual: • • • • • • • •

Sistema trifásico; (Tensão e Potencia) Tiristores; Retificadores Controlados; Inversores de frequência; Transistor MOS; Sistemas de fontes chaveadas; Motor Brushless; Veículos Elétricos; Acumuladores de energia (Baterias); Energia Solar, eólica e muscular


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Eletrônica Industrial Gerador Trifásico:

O gerador trifásico

1

Formas de onda das tensões trifásicas:

3

Formas de onda das correntes trifásicas:

4


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Eletrônica Industrial Ligação em estrela: 220 V

Tensão fase neutro 127 V

220 V 220 V 5

Tensões na ligação estrela: Ef 

EL 3

Ef 

ou

EL 1,73

6

Exemplo:

7


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Ligação em triângulo:

8

Correntes na ligação triângulo:

9

Tensões na ligação triângulo:

Ef

Ef

E f = EL

EL

10


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Eletrônica Industrial Distribuição da energia elétrica em rede pública


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Eletrônica Industrial Laboratório Industrial


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Eletrônica Industrial Transformador Trifásico Como já sabemos, o transformador é o equipamento que permite rebaixar ou elevar os valores de tensão ou corrente de CA de um circuito. Seu princípio de funcionamento baseia-se no fato de que uma tensão é induzida no secundário quando este é cortado pelo fluxo magnético variável gerado no primário. O transformador é formado basicamente pelo núcleo e pelas bobinas (primária e secundária).O núcleo constitui o circuito magnético do transformador. É uma peça metálica construída com chapas de ferro-silício isoladas entre si e sobre a qual são montadas as bobinas.

Os transformadores trifásicos, usados na distribuição de eletricidade, têm as mesmas funções que o transformador monofásico: abaixar ou elevar a tensão. Trabalham com três fases e são de porte grande e mais potentes que os monofásicos. O núcleo dos transformadores trifásicos também é constituído de chapas de ferro silício. Essas chapas possuem três colunas que são unidas por meio de duas armaduras. Cada coluna serve de núcleo para uma fase onde estão localizadas duas bobinas, uma primária e outra secundária. Por essa razão, esses transformadores têm no mínimo seis bobinas, três primárias e três secundárias, isoladas entre si. As bobinas das três fases devem ser exatamente iguais. Num transformador trifásico, cada fase funciona independentemente das outras duas como se fossem três transformadores monofásicos em um só. Isso significa que três transformadores monofásicos exatamente iguais podem substituir um transformador trifásico. Esse sistema é mais econômico, pois facilita os serviços de manutenção, reparação e aumento de capacidade do banco de transformadores. A ligação inicial de dois transformadores seja acrescentado quando houver um aumento de carga. Esse sistema é mais econômico, pois facilita os serviços de manutenção, reparação e aumento de capacidade do banco de transformadores. A ligação inicial de dois transformadores seja acrescentado quando houver um aumento de carga.


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Eletrônica Industrial Tipos de ligação de transformadores trifásicos As ligações internas entre as três fases do transformador trifásico podem ser feitas de duas maneiras: Ligação em estrela (Y); Ligação em triângulo (∆ ). Tudo o que já foi estudado sobre as ligações em estrela e em triângulo vale também para os transformadores trifásicos. A ilustração a seguir mostra as representações esquemáticas possíveis para esses tipos de ligação.


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Eletrônica Industrial Potencia resistiva sistema trifásico

Nota. O cosα do resistor vale 1, ou seja não altera a equação abaixo.

Potência em sistemas trifásicos: Qualquer que seja a ligação utilizada, a potência aparente em um sistema trifásico vale:

S  E L . If . 3 E a potência ativa em um sistema trifásico vale:

P  E L .If . 3.cos 11


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Exercício de Transformador e Potencia:


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Eletrônica Industrial Eletrônica de Potência

É a área da eletrônica que se ocupa do processamento da energia elétrica visando obter maior eficiência (menores perdas nos processos de conversão de energia) e qualidade (energia limpa em termos de impacto ambiental). Os métodos empregados em eletrônica de potência baseiam-se na utilização de dispositivos semicondutores operados em regime de chaveamento para realizar o controle do fluxo de energia e a conversão de formas de onda de tensões e correntes entre fontes e cargas. • • • • • •

Rebaixar automaticamente (90 à 250 VAC ) em 4,7/12/19,5/21 VDC eficiência > 95%; Controlar a rotação de um motor trifásico (inversor de frequência); (torno ou automóvel) Transformar CC de um banco de bateria em senoidal trifásico; (energia embarcada) Regenerar energia de um motor trifásico, recuperando esta em CC em banco de baterias; Integrar Gerador Eólico e fotovoltáico a rede trifásica 60hz; (parque Osorio) Controlar gerador elétrico trifásico em termoelétrica (bagaço de cana);

Veremos a seguir o uso dos seguintes componentes:

   

Diodo Retificador em retificadores trifásicos não controlados; SCR em retificadores trifásicos controlados; Transistor de potência em caveamento; Transistor Mos em chaveamento.

Diodo Retificador em retificadores trifásicos não Controlados Retificador ½ onda trifásico não controlado Tem como objetivo transformar o forma de onda senoidal em corrente contínua. Na configuração ½ onda utilizaremos apenas três diodos. Este retificador e empregado em tensão e potencia compatível na industria. Note que o neutro é utilizado, portanto a tensão sobre VRL será tensão fase neutro multiplicado por raiz de dois.


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VRST

0

Retificador onda completa trifásico não controlado Tem como objetivo transformar o forma de onda senoidal trifásica em corrente contínua. Na configuração onda completa utilizamos seis diodos. Este retificador e muito empregado em tensão e potencia compatível na industria. R1 e L1 representados no diagrama abaixo, são meramente resistência e indutância da rede elétrica. Note que o neutro não é utilizado, portanto a tensão sobre VRL será tensão fase-fase multiplicado por raiz de dois.

VRST 0


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Eletrônica Industrial Prática retificador trifásico não controlado ½ onda. Local :Laboratório Industrial

Lista de Material por bancada:

   

9 cabos P4/P4, Multímetros Osciloscópio (duas Pontas). 3 lâmpadas incandescentes 220 volts.

Atividades:

“Protegido”

220 VAC RST

220 VAC RST

1 – Monte o circuito de lâmpadas, cujo principal objetivo é proteger contra ligações erradas no transformador.(alunos)

220 VAC RST

2 – Monte o retificador trifásico meia onda não controlado: R S T N

+ VL

-


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Eletrônica Industrial 3 - Com base na forma de onda RST, o valor de V=180V em relação a netro.

VL= 180V 0

3.1 Forma de onda VL teórica, tensão de pico osciloscópio 180V

e tensão RMS no multímetro 148V

VL=180V 0

3.2 forma de onda que aparece no osciloscópio

VL=180V 0

3.3 Desligando uma das fases, veja a forma de onda teórica tensão de pico osciloscópio 180V tensão RMS no multímetro 108V VL= 180V 0

Com a fase desligada a forma de onda que aparece no osciloscópio

VL=180V 0 Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial 220 VAC RST

Monte o retificador trifásico onda completa não controlado R S T N

+ VL

OBS. Caso VL apareça distorcido, coloque na saída duas lâmpadas de 60w 220v em série, assim colocará carga no sistema o que melhorará a forma de onda. Como as lâmpadas estarão em série am até 440VCC.

Cuidado que a carcaça do osciloscópio ficará energizada com -180V.


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Eletrônica Industrial 5 - Com base na forma de onda RST, qual é o valor de V= 310V onda completa

310V 0

5.1 Forma de onda VL teórica, tensão de pico osciloscópio _310V

tensão RMS do multímetro

290V

VL= 310V 0

5.2 Desenhe a forma de onda que aparece no osciloscópio Forma de onda no osciloscópio

VL= 310V 0

5.3 Desligando uma das fases a onda teórica tensão de pico osciloscópio 310V tensão RMS do multímetro

195V

VL= 310V 0

5.4 Com a fase desligada forma de onda que aparece no osciloscópio. Será igual a uma ponte retificadora com 4 diodos. VL= 310V 0 Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial Conclusão final Após realizar todas as experiências complete a conclusão final neste espaço com base nessas comparações: A – qual é o valor da tensão rms no multímetro entre VL em meia onda e onda completa ? VRMS meia= 148V VRMS completa= 290V B – O que ocorre com a tensão RMS quando cai uma das fases ? VRMS meia sem uma fase= 108V VRMS completa se uma fase= 195V Conclua sobre as vantagens do retificador Trifásico monofásico e trifásico, apontando vantagens?

A forma de onda proporcionada pelo retificador trifásico tem menos ondulação que no monofásico e quando comparado ½ onda com completa, a componente corrente contínua é muito melhor.


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Eletrônica Industrial SCR ou Tiristor O nome tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores que operam em regime chaveado biestável. O tiristor de uso mais difundido é o SCR (Retificador Controlado de Silício), usualmente chamado simplesmente de tiristor. Outros componentes possuem basicamente uma mesma estrutura, TRIAC (tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo bidirecional), GTO (tiristor comutável pela porta) e Acoplador óptico

SCR

TRIAC

DIAC

GTO

Tiristor SCR aplicado a retificadores trifásicos controlados:

O SCR somente inicia sua condução, quando recebe um pulso entre Catodo e gate, que também chamamos de disparo, parando de conduzir quando a corrente chega a Zero. O SCR na verdade funciona muito parecido com o diodo retificador, no sentido contrário a corrente não Vin conduz e no sentido direto somente inicia a condução quando é dado um pulso de pelo menos 2,2 volts em seu gate.

Vg

VRL


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Eletrônica Industrial Pratica retificador controlado ½ onda 1 – Monte o circuito abaixo: (retificador trifásico controlado Meia Onda) R S T

Catodo Gate SCR R

SCR R

Gate SCR S

Gate SCR T

SCR S

SCR T

Catodo

220V Catodo

60W

Angulação de disparo Material necessário:

    

Um controlador de disparo em scr três scr e uma lâmpada 220v incandescente. doze cabos vermelho banana banana seis cabos amarelo banana banana um osciloscópio.

OBS. Os traços finos indicam sinal de controle e o grosso Linha de potencia, diferencie a cor dos cabos de controle e potencia, amarelo no controle e vermelho na potencia.

Atenção “Risco de acidente elétrico” Os alunos não poderão estar portando condutores elétricos nas mãos, dedos e pescoço, como anéis, relógios e correntes. A rede elétrica só será liberada após o Professor e seu assistente conferirem as ligações elétricas.


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Eletrônica Industrial Preencha os gráficos abaixo, com base na forma de onda VRST, fazendo disparos na angulação 45°. 180V VRST 0 -180V

2,2V VgR SCR R0 2,2V VgS SCR S 0 2,2V VgT SCR T 0

180V VRL ? 0

180V

A tensão sobre o SCR da fase R fica com 0,6v quando conduzindo, contrário da condução fica com tensão igual a fase R.

VSCR ? 0


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Eletrônica Industrial Transistor de Potência “Chaveamento” Transistor de Potência em CC

240w

240w 48vcc

48vcc

Tip 3055 15A 60V 90W

Ch1

“Chaveamento”Transistor de Potência Mos em CC

240w 48vcc

IRF 3205 110A 55V RDS 8mΩ

Transistor Mos Fet canal N e canal P “utilização” VCC

4400w 50vcc

10kΩ

2k2Ω

S

G IRF 3205 Canal N 10kΩ


2k2Ω

IRF 9540 Canal P 28A 100v

1000w

1-gate 2-Dreno 3-fonte 4-Dreno Página 31

Eletrônica Industrial PWM – Modulação de largura de fase A modulação em largura de fase, é amplamente utilizada quando queremos controlar a potencia que é transferida a carga, principalmente quando a fonte de energia é corrente contínua. Em capítulos anteriores vimos que a fonte de energia AC pode ter o controle de potência à carga através de SCR. No PWM o componente chaveador (transistor ou Mos) fica abrindo e fechando a condução de corrente através de uma onda portadora, no exemplo abaixo utilizamos 500Hz. No exemplo abaixo se a cada ciclo dos 500Hz ele ficar totalmente em um, a potência transferida a carga será a máxima (50W), mas se apenas 50% estiver em um, a potência será a metade da máxima, ou seja 25W.

12vcc

4,2 A 50w

300Ω

VDS 10kΩ

100% 50% 2ms

500 hz

75%

500 hz

25%


500 hz Página 32

Eletrônica Industrial Amplificador Operacional Um amplificador operacional ou amp op é um amplificador com ganho muito elevado. Tem dois terminais de entrada: um terminal designado por terminal inversor(-) e o outro identificado por terminal não inversor(+). O amplificador operacional recebeu este nome porque foi projetado inicialmente para realizar operações matemáticas utilizando a tensão como uma analogia de uma outra quantidade. Esta é a base dos computadores analógicos onde os amp ops eram utilizados para realizar as operações matemáticas básicas (adição, subtração, integração, diferenciação, e outras). Ele é o celebro de qualquer controlador analógico e até bem pouco tempo era a “U” dos computadores analógicos. Hoje eles são muito utilizados em amplificadores de áudio e simples controladores. Iremos nos concentrar neste momento, nas configurações comparador, amplificador inversor e não inversor.

Configurações AMP OP As configurações básicas deste componente amplificador Inversor, Não Inversor Comparador

R2

Vin

R1

R1

VCC

+

R2 VCC

Vout Vin -vcc

Vout = -Vin x R2/R1 INVERSOR

Vout = (1+R2/R1) x Vin NÃO INVERSOR

VCC Vin1 Vin2

+0 v

+ -vcc

Vout

Se Vin2>Vin1, Vout=VCC Se Vin1>Vin2, Vout=0v Eletrônica Industrial 2014

COMPARADOR

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Vout

Eletrônica Industrial Exercícios Comparador

R1

10v R2 VA VB

-

R3

Vout

+ R4

R1

R2

VA

R3

R4

VB

Vout

Ω

Ω

v

Ω

Ω

v

v

2k2

8k2

8k2

2k2

8k2

2k2

2k2

8k2

3k3

7k6

3k3

10k

10k

4K7

2K2


10

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Eletrônica Industrial Exercício Amplificador inversor

R2 VCC

Vin

R1

-

Vout

+ -vcc Vin V

R1Ω

R2Ω

-1

1k

2k2

-1

1k

3k

0,01

1k

100k

10k

100k 12k


Ganho

Vout v

1 5

-10

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Eletrônica Industrial Exercício amplificador Não Inversor

R1

R2 VCC

-

Vout

+

Vin

-vcc Vin V

R1Ω

R2Ω

1

1k

2k2 2k2

-3

4k7

8k2

2k2

3k3


ganho

Vout V

2

8 0,1

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Eletrônica Industrial Acoplador Optico • Dispositivo muito utilizado para fazer isolamento elétrico em potenciais diferentes. Como exemplo podemos ligar o LED no transdutor vibra call, e transferir este sinal para placa do microcontrolador. Cuidados especiais:

o Polarização do LED e não exceder os 50mA. o No transistor não exceder os 100mA de IC

Exercício acoplador óptico

RL1 Ch1

220v ac R1

vcc

RL1

vdc

R2


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Eletrônica Industrial Atividade prática Dimmer Dimmer é um circuito simples utilizado controlador de potencia em lâmpadas incandescentes, fornos monofásicos até 350 watts e pequenos motores monofásicos utilizados em furadeiras e ventiladores. Seu sistema de controle é baseado no tempo de carga do circuito RC, formado pelo potenciômetro, resistor de 10k e capacitor de 220nf. Quanto menor o ajuste do potenciômetro, mais rápido o capacitor se carrega, fazendo com que o disparo do TRIAC (TIC226) ocorra mais próximo a 0° (mais potência transferida, lembram?).

DIAC é um diodo que entra em condução quando a tensão esta acima de ±30v. Códigos Diac BT 62 /GT 32/ DB 3 ST/SGS.

Triac são dois SCR ligados invertidos, isto permite que ele controlo o ciclo positivo e negativo

Como combinado no início do ano, a nota 1I2S será composta de 80% prova escrita e 20% no dimmer. O dimmer deverá ser uma montagem individual a ser entregue para testes entre os dias 08 a 14 de setembro. Eles serão devolvidos no dia 17 de setembro. Todos os dimmer deverão ser entregues para testes montados em caixa isolada e fios com 30cm de comprimento na cor preta para ser ligado na tomada e vermelho para lâmpada, bem como identificado nome, turma e número. Abaixo segue sugestão para montagem em caixa padrão 2x4 mais espelho cego.

Rede 127 V

Nome

lâmpada

N° Turma


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Eletrônica Industrial Motores: Motores são máquinas responsáveis por transformar a energia consumida em força motriz, que é rotação com torque. Atualmente temos muitas variedades de motores, como a combustão, ar comprimido, vapor, a jato, hidráulico e elétricos onde vamos nos concentrar mais. Suas características em comum são RPM e Potencia, daqui tiramos a principal definição: Potencia em watts é igual a multiplicação da rotação ( RPM ) pelo torque em kgf.m. Exemplo: rotação 1600 rpm, torque 0,46kgf.m = 735watts (1 cavalo vapor) Antigamente a potencia dos motores eram dadas em cavalo Vapor (CV), esta unidade nasceu por que James Watt (19/1/173625/8/1819) queria comparar sua máquina a vapor com os cavalos muito utilizados como máquinas na época. Quando um empresário conhecia sua máquina de 6 cavalos sabia que ela substituiria 6 animais e poderia trabalhar 24 horas por dia (a conta certa são 18 cavalos). A final o que é e o que dá para se fazer com 1 cavalo ou 735 watts? É a força mecânica RMS de um animal cavalo em jornada de 8 horas. Significa elevar 75kg na altura de 1metro em 1 segundo. Curiosidade: a potencia humana de um trabalhador braçal bem condicionado é 100 watts durante 8 horas, isto significa que um motor de 1 cv substitui pelo menos 22 homens. Se lavarmos em conta finais de semanas e férias que tem direito, a conta correta são pelo menos 35 homens. Tipos de motores e seus rendimentos energéticos: Vapor: 8% Gasolina: 22%

Etanol: 25%

Diesel: 35%

Jato:50% Híbrido Etano Elétrico 35% Elétrico monofásico: 30 a 50%

Elétrico trifásico: 95%

Hidráulico e Pneumático eu não tenho conhecimento da eficiência. Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial Motores Elétricos Trifásicos rotor esquilo:

São amplamente utilizados na industria, possuem rotações fixas que pouco variam em função da carga mecânica. São baratos, tem alta eficiência, silenciosos, longa vida (10 anos). Comercialmente existem motores nas potências de 0,16 cv a 500 cv em rotações fixas 850 à 3450 rpm e tensões 220/380/440 volts. Sua rotação esta diretamente ligada a quantidade de pólos polar e a freqüência da rede elétrica, dada pela equação: RPM = (60 x freqüência)/ números de pares de pólo Exemplo: Motor 2 pólos

60*60/1 = 3600rpm

Motor 4 pólos 60*60/2 = 1800 rpm Nota. Existe escorragamento entre o campo girante do motor e o rotor, por isso que a rotação chega só a 3450 rpm.

Os fechamentos para os motores trifásicos, seguem a mesma analogia de transformadores quando usamos Estrela e Triangulo, depositando em cada bobina no máximo 220V.


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Eletrônica Industrial Placa do motor:

    

Potencia: 0,37 kW ou 0,5 CV Rotação 1720 rpm (entendido como 2 pares de pólo) Freqüência 60Hz Tensão de trabalho 220V em triangulo ou 380V estrela Corrente de trabalho ou nominal 2,07 ou 1,20 em função da tensão.  FS fator de serviço 1,2  Ip/In = 5 (a corrente de partida é 5 vezes maior que a nominal, ou seja 10 Amperes em 220V). Corrente nominal do motor É a corrente consumida em cada fase quando o motor estiver aplicando potencia máxima. No caso deste motor são 2,07 A na potencia de 0,37kW. Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial Motor trifásico possui duas características que em alguns momentos são vistos como desvantagens. Uma dessas características é atribuída a corrente de partida, até sete vezes maior que a nominal e outra é a rotação fixa. Variação de Velocidade e corrente de partida motor trifásico Corrente de partida Para retirar o motor da condição zero RPM, ele retirará da rede elétrica uma grande quantidade de energia que durará menos que um segundo. Esta corrente pode ser até sete vezes maior que a corrente nominal. Imagine um motor de 100CV com In=345A, IP seria 2100A, isto derrubaria a energia de uma empresa. Durante muitas décadas uma das únicas possibilidades de se atenuar a corrente de partida era usando partida estrela triangulo, onde a corrente de partida chegava a apenas duas vezes da corrente nominal. Variação de velocidade Para adequar a rotação do motor a aplicação propriamente dita, utilizamos caixas de redução, construídas com polias ou engrenagens. Veja o exemplo abaixo: Motor de 1650RPM e caixa de redução 2x1; 3X1, 4x1 e 5x1 . Quais são as velocidades possíveis em 60Hz?

220V 60Hz

Motor 1650rpm

aplicação

Apesar das facilidades configuradas em engrenagens e polias, sempre faltou um controle mais preciso na rotação, então surgiram os Inversores de freqüência que permitem alterar a freqüência da rede elétrica que alimenta o motor, invés de fixar 60Hz, começou a aparecer a possibilidade de variação 25Hz a 80Hz. Eletrônica Industrial 2014

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220V 60Hz

Inversor de freqüência 25 á 80Hz

Acrescente um inversor de freqüência, com variação de 25Hz e 80 Hz. Veja como as possibilidades de rotação se ampliaram.

Motor 1650rpm

aplicação

Inversor de Frequencia

Inversores de freqüência são capazes de alterar a freqüência da rede trifásica fornecida aos motores. São muitos os fabricantes que apareceram depois que a tecnologia foi consolidada nos anos 90. Entre os fabricantes históricas destacamos, ABB, SIEMENS, YASKAWA, WEG (onde faremos aulas), eles são formados por três blocos básicos:  Retificador trifásico onda completa;  Circuito chaveador CC/CA trifásico;  Circuito de controle;


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IGBT IGBT (Insullated Gate Bipolar Transistor ou Transistor bipolar com entrada isolada)são transistores MOS chaveadores que irão compor a nova senoide para o motor.

Senoide do Inversor


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Eletrônica Industrial Inversor de Frequencia - CFW10

Destinado ao controle e variação da velocidade de motores elétricos de indução trifásicos, o CFW10 reúne design moderno com tecnologia mundial, simplicidade de programação, operação e alto grau de compactação. Possui recursos otimizados de software e interface de operação local, que o habilitam para aplicações de controles de processo e máquinas industriais. Características • • • • • • • • • • • • • • • • •

Instalação simplificada, programação flexível e fácil operação Dimensões compactas, ótimo custo benefício Modelos standard, Clean, Plus e Cold-Plate Controle escalar (V/F) linear ou quadrático ajustável Tensão de alimentação / Corrente nominal de saída: 110-127 Vca monofásica: 1,6 a 4,0 A (0,25 a 1,0 cv) 200-240 Vca monofásica: 1,6 a 10,0 A (0,25 a 3,0 cv) 200-240 Vca trifásica: 1,6 a 15,0 A (0,25 a 5,0 cv) 4 entradas digitais, 1 saída digital a relé programável (*) 1 entrada analógica isolada (*) Interface de operação com diagnóstico e display de LED com 3 digitos IGBT de frenagem /IP20 Funções de controle: rampa linear ou S na aceleração e desaceleração, ajuste manual de torque, compensação de escorregamento, potenciômetro eletrônico, regulador PID, até 8 velocidades fixas pré-configuradas, JOG, frenagem CC Funções de diagnóstico: sobrecorrente na saída, sobrecarga no motor, sobretemperatura no dissipador, curto-circuito na saída, defeito externo


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Eletrônica Industrial Diagramação interna CFW 10 WEG


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Eletrônica Industrial Conexões de Potência CFW 10

Conexões de Controle CFW 10


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Eletrônica Industrial Programação CFW 10 • P000, colocar 5 ; habilita todos os comandos. • P156, colocar a corrente IN do motor, • P100, tempo de aceleração, • P101, tempo de desaceleração, • P133 e 134 Freq. Min e Max

Monitoramento após partida do Motor • P002, frequencia do motor • P003, corrente IN. • P004, tensão DC • P005, frequencia no motor • P007, tensão de saida • P008, temperatura no dissipador

Atividade prática com o inversor CFW 10 1 Complete diagrama elétrico do circuito montado parte comando:


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Eletrônica Industrial 2 Execute a instalação elétrica conforme diagrama elétrico. Aguarde o professor aprovar a instalação para receber energia elétrica R S T P E

Motor 3 fases 220v Estator R O T O R


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Eletrônica Industrial 2 Programação do CFW 10, Inicialmente libere a senha para realizar programações, basta entrar em P000 e escrever 5. Lista de Parâmetros para Programação CFW-10


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3 Leia o valor de P004_____ Justifique o valor com calculo?

3 O motor que utilizamos é trifásico de 1CV, sua rotação nominal em 60Hz são 1650 RPM. Ajuste a freqüência a ser ajustada no Inversor, parâmetro 4 para que rotação seja _____ RPM. Mantenha os cálculos. (o professor lhe fornecerá a rotação que deseja)

4 Ajuste o CFW-10 com freqüência máxima e mínima 55 e 15 Hz. Quais parâmetros devem ser alterados?

5 Crie uma rampa de aceleração de 2 segundos e desaceleração de 3 segundos, quais parâmetros deverão ser alterados?


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Eletrônica Industrial Fontes Chaveadas

Fonte tradicional 60Hz

Fontes chaveadas

Princípio de funcionamento


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Fonte chaveada ou comutada (em língua inglesa switched-mode power supply (SMPS)), é uma unidade de fonte de alimentação eletrônica que incorpora um regulador chaveado, ou seja; um circuito controlador interno que chaveia (comuta) a corrente, ligando e desligando rapidamente, de forma a manter uma tensão de saída estabilizada. Reguladores chaveados são utilizados para substituição de reguladores lineares mais simples, quando uma eficiência maior, menor tamanho e maior leveza são requeridos. Eles, entretanto, são mais complexos e mais caros, e o chaveamento da corrente pode causar problemas de ruído (tanto eletromagnético quanto sonoro) se não forem cuidadosamente suprimidos, e projetos simples podem ter baixo fator de potência. As fontes chaveadas podem ser classificadas de acordo com a forma de onda da tensão de entrada e de saída conforme segue:    

Entrada CA, saída CC: retificador Entrada CC, saída CC: conversor de tensão, ou conversor de corrente ou conversor CC/CC Entrada CA, saída CA: Conversor de freqüência, Entrada CC, saída CA: inversor de freqüência,


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Eletrônica Industrial Fontes chaveadas comparada com fonte linear 1 Tamanho e peso. Fontes de alimentação linear utilizam um transformador operando na freqüência de 50/60 Hz e filtros de linha. Esses componentes são maiores e mais pesados que os correspondentes ao de uma fonte chaveada, que opera em alta freqüências. 2 Eficiência. Fontes lineares regulam sua tensão de saída criando uma tensão mais alta que a necessária e então reduzindo-a, convertendo parte dessa energia elétrica em calor. Essa perda é numa parte necessária para o funcionamento do circuito e não pode ser eliminada para melhoria do projeto. Fontes chaveadas não criam tensões maiores que a necessária e apenas pequenas quantidades de energia são dissipadas.

3 Potência dissipada. Esta é determinada pele eficiência supracitada. Fontes lineares produzem muito mais calor do que as chaveadas. 4 Complexidade. Fontes lineares são simples o suficiente para serem projetadas por iniciantes. Fontes chaveadas são complicadas, difícil de projetá-las, e o grande número de componentes faz com que seja mais cara para montá-la e para repará-la.

5 Ruído. Existe o chaveamento da corrente em fontes chaveadas que contêm energia em altas freqüências ao contrário das fontes lineares. Isto é devido ao seu oscilador interno operando em torno de 60 kHz. Essa energia em alta freqüência, na faixa de RF (rádio freqüência), facilmente irradia indução eletromagnética aos equipamentos próximos, ou como as ondas de rádio em longas distâncias, causam interferência. Por isso, deve-se tomar cuidado para eliminar essa energia na fonte através de filtros e um bom projeto eletrônico, e/ou contê-las através de blindagem.Existe também o problema do ruído sonoro, já que por questões de tamanho fontes chaveadas costumam usar ventoinhas e ventiladores para resfriar os dissipadores de calor, que seriam bem maiores se assim não o fossem ( obs: um outro tipo de ruído é o som do chaveamento de alta frequência da fonte, fora da faixa audível humana, e que normalmente não incomoda). 6 Fator de potência. Se a corrente utilizada por uma carga, tal como uma fonte chaveada, retirada de uma fonte CA não for senoidal e/ou fora de fase com forma de onda da rede, então o fator de potência será menor que o unitário, diminuindo a eficiência e a capacidade da linha de transmissão consideravelmente. As mais simples e mais comuns fontes chaveadas possuem fator de potência em torno de 0,6 , e seu uso crescente em microcomputadores e lâmpadas fluorescentes compactas Eletrônica Industrial 2014

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Eletrônica Industrial apresenta um problema em ascensão (seu uso também esta presente em todos os aparelhos de televisão dos últimos quinze anos e nos novos aparelhos de Lcd). Os circuitos de correção de fator de potência podem reduzir este problema, sendo obrigados por normas em certos países.

7 Risco de choque elétrico. Uma fonte chaveada simples trabalha em seus circuitos de entrada diretamente ligada a rede elétrica sem isolação, diferente de uma fonte linear que usa fusíveis e fios isolados antes do transformador, com menor risco de choque. Por isso o perigo para quem repara ou eventuais curiosos que retiram a tampa das fontes. Choques, mesmos pequenos, podem ser perigosos a vida. Observe que alguns tipos de fontes chaveada mantém a carga em seus capacitores, mesmo depois de desligadas da rede elétrica, ou seja; você pode levar um choque carregando uma placa dessas sem a tampa na mão, algo que gira em torno de 300 volts!


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Eletrônica Industrial Baterias Químicas


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Eletrônica Industrial Veículo Elétrico


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Eletrônica Industrial Energia Renovável


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Apostila Eletronica Industrial 732xs

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